WO2017021217A1 - Streulichtrauchmelder mit einer im meldergehäuse aufgenommenen optischen messkammer und mit einer spiegelfläche an einer innenseite einer melderhaube als teil des meldergehäuses - Google Patents

Streulichtrauchmelder mit einer im meldergehäuse aufgenommenen optischen messkammer und mit einer spiegelfläche an einer innenseite einer melderhaube als teil des meldergehäuses Download PDF

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WO2017021217A1
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light
detector
emitting diode
scattered light
heat radiation
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PCT/EP2016/067794
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Aleksandar Duric
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Siemens Schweiz Ag
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device
    • G08B17/107—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device for detecting light-scattering due to smoke

Definitions

  • Scattered light smoke detector with an optical measuring chamber accommodated in the detector housing and with a mirror surface on an inner side of a detector hood as part of the detector housing
  • the invention relates to a scattered light smoke detector having an optical measuring chamber communicating with the ambient air.
  • the measuring chamber is housed inside a detector housing and limited by a base body and by a detector hood of the detector housing.
  • the main body and the detector hood can also be one-piece. Both are preferential ⁇ a Kunststoffspritzgrussteil.
  • a preferably planar circuit carrier is accommodated, on which, adjacent to the measuring chamber, a light-emitting diode and a photosensor, such as a photodiode, are arranged in a scattered-light arrangement.
  • Such scattered light smoke detectors are well known. Like the scattered-light smoke detector according to the invention, they can be designed for connection to a detector bus or to a detector line. In the case of a detected minimum concentration of smoke, an alarm or warning message is output to the detector bus. The alarm or warning message can be issued optically and / or acoustically alternatively or additionally via radio and / or on the scattered light smoke detector.
  • the considered scattered light smoke detectors designed as point detectors can alternatively or additionally be designed for a battery-supported stand-alone operation.
  • the object is ge ⁇ dissolves with the objects of the main claim.
  • Advantageous embodiments of the present invention are indicated in the dependent claims.
  • the light-emitting diode and the photosensor each have an optical axis extending at least approximately orthogonally to the circuit carrier. In other words, the two optical axes run at least almost parallel to one another.
  • the light-emitting diode and the photosensor are located opposite an inner side of the detector hood which delimits the measuring chamber.
  • a part of the inside has at least one mirror surface, which is opposite to the light-emitting diode.
  • the mirror surface has such a mirror geometry that a Lichtke ⁇ gel the light emitting diode intersects a receiving area of the photo sensor in a light scattering volume within the measuring chamber and that the light cone by its reflection (virtually) free of contact) the interior of the detector body crosses with the measuring chamber, and light-absorbing in a Light ⁇ trap opens.
  • the mirror surface may have a plane or a concave surface. It may be a silvery foil or a sheet metal piece, such as aluminum or steel.
  • the film can be glued to the inside of the detector hood.
  • the piece of sheet metal can be glued to the inside of the detector hood, for example, or attached during injection molding of the detector hood.
  • the mirror surface can also be a metallized surface which is applied, for example by means of a vapor deposition in a vacuum.
  • the mirror surface can also be a plastic ⁇ mirror with a shiny or polished surface such as black plastic.
  • the circuit carrier is preferably a planarnatit ⁇ te.
  • it has contacting surfaces for surface mounting, ie for a so-called SMD assembly, at least on one of the two circuit carrier sides.
  • the essence of the invention lies in the use of the inside of the detector hood as a mirror or as a reflector to direct the emitted from the light emitting diode orthogonal to the circuit carrier light beam through a central region in the interior of the detector housing.
  • focusing and targeted steering of the light beam is also advantageously an effective directional introduction of the light beam in the designated light trap with ei ⁇ ner almost complete absorption of light possible.
  • virtual non-contact is meant that the mirrored light beam, apart from isolated marginal rays of the light beam, completely opens into the light trap, without first touching other parts of the housing.
  • At least one aperture and / or at least one light trap and / or light-absorbing structures are arranged on the circuit carrier.
  • a one-piece cover with recesses mounted at least for the light emitting diode and the photosensor on the circuit substrate.
  • the cover has at least ei ⁇ ne aperture and / or light trap and / or light-absorbing structures or formed from these.
  • the cover covers up to the aforementioned recesses substantially all of, the inside of the detector cover against ⁇ opposite upper side of the circuit carrier and therefore forms the bottom of the optical measurement chamber.
  • the cover is in particular a black plastic injection-molded part.
  • the at least one aperture is sharp-edged as possible out ⁇ forms, so that only little light is incident on such an edge and be reflected.
  • the light traps are preferably pot-shaped or funnel-shaped. They have in relation to the main direction of incidence of the light beams from the light emitting diode so geometrically oriented surfaces and / or corrugations on that "die out" the incident where light beams after a few reflections.
  • the majority of the remaining upper surface of the cover is preferably fluted thoroughlybil ⁇ det.
  • the Surfaces of the diaphragm (s) and / or the light trap (s) and / or the corrugated surfaces or the corrugations are preferably formed shiny and act like black Mirror. This has the advantage that incident light is not diffusely scattered, but reflected reflected.
  • the inside of the alarm hood to the mirror surface (s) corrugations as light-absorbing
  • a light-absorbing color layer such as e.g. a black color layer
  • the optical measuring chamber is thus formed by the adjacent cover on the circuit carrier and by the opposite inner side of the detector hood. This makes it possible to dispense with a pot-shaped cover before ⁇ part adhesive, which is usually placed on the floor or on the cover of the optical ⁇ rule measuring chamber.
  • a labyrinth Such an arrangement is also referred to as a labyrinth.
  • typical ⁇ , cylindrical ausgestaltetes labyrinth has constructiveerwei ⁇ se blades as light-shielding on the radial outer circumference on. The latter are designed such that they allow the passage of smoke particles to be detected into the interior of the labyrinth, but shield the interior of the labyrinth against direct ambient light.
  • such light shielding elements are integral parts of the cover for the circuit carrier. They can be molded there as a plastic part.
  • the light shielding elements can alternatively be integrated in the detector hood or in the base body.
  • the detector housing with the detector hood on an essentially rotationally symmetrical or mirror-image outer contour This allows a largely cardisunab ⁇ dependent smoke detection.
  • the detector hood has a convex outer contour and an at least partially concave inner contour. It has the respective mirror surface on the inside of the detector hood on one of the at least teilwei ⁇ se concave inner contour of the detector hood following Spiegelgeo ⁇ metry on.
  • the mirror surface may comprise a concave portion of the surface of a sphere, an ellipsoid, a paraboloid, or a hyperboloid. From the convex aus ⁇ senkontur follows a geometrically corresponding concave inner ⁇ contour of the mirror surface, provided that the wall ⁇ strength of the detector hood remains essentially unchanged.
  • the scattered light smoke detector is a photosensor centrally in the detector housing angeord ⁇ net, so that the scattered light formed in the interior volume of the detector housing encloses an axis extending through the center of the scattered light smoke detector constructive main axis.
  • At least one white light-emitting diode is arranged ⁇ tere with an orthogonal to the optical axis circuit board on the circuit carrier.
  • the optical axes of the three optoelectronic components run at least almost parallel to one another.
  • At least one of the at least one further light-emitting diode is arranged adjacent to the first light-emitting diode.
  • the at least one further light-emitting diode with the first light-emitting diode forms a bicolor ⁇ benzyl or multi-color light-emitting diode as an integral optoelek ⁇ tronic device.
  • the at least one further light-emitting diode of the mirror surface of the first light-emitting diode lies opposite.
  • the light emitted by the respective light-emitting diodes has a mutually different wavelength.
  • color-specific evaluation of the photosensor signal is a brand technical analysis of the detected smoke part ⁇ chen possible with regard to their particle size.
  • the first light emitting diode a (monochrome) red light emitting diode or a (monochrome) infrared light-emitting diode having a light wavelength of 940 ⁇ 70 nm.
  • the second Leuchtdio ⁇ de is preferably a (monochrome) blue light emitting diode having a light wavelength of 470 ⁇ 70 nm, or a (monochrome) UV light emitting diode in the UV-A range.
  • the first and second light ⁇ diode can be combined to form a two-color LED.
  • Such a light-emitting diode is also referred to as a dual LED or duo LED. In essence, both light-emitting diodes have an approximately identical optical axis, so that advantageously no further mirror surface is required on the inside of the detector hood.
  • the smoke detector an electronic STEU ⁇ erritt, in particular a microcontroller.
  • the tax is erritt connected to the respective light-emitting diode and the photo ⁇ sensor, in particular signal or data technically.
  • the control unit outputs a fire alarm if a the respective light emitting diode associated sensor signal exceeds a stray light ⁇ threshold or a combined light-scattering threshold.
  • the microcontroller is further adapted to control the light-emitting diodes at least indirectly and in the case of several ⁇ rer light emitting diodes alternatingly to control and time the corresponding photo sensor signal assigned to evaluate.
  • a thermal radiation sensor which is sensitive in a contactless manner for heat radiation in the mid-infrared region (MIR) is accommodated in the detector housing.
  • MIR mid-infrared region
  • "Middle-infrared range” is a range of wavelengths of 3 .mu.m to 20 .mu.m for heat radiation designated net.
  • the heat radiation sensor is in particular a thermopile or a bolometer.
  • thermalopile for egg ⁇ ne thermopile.
  • Such heat radiation sensors give i.Vgl. To pyrosensors that spend only one signal at kilometersstrahlungsände ⁇ ments, and a sensor signal with constant heat radiation according to their intensity.
  • the heat radiation sensor is further aligned according to the invention op table on a central region on the inside of the detector hood for detecting a local housing temperature, which essentially follows the ambient temperature in the immediate vicinity of the scattered light smoke detector.
  • the central portion typically comprises the geometrical major axis or the axis of rotational symmetry of the scattered light smoke detector ⁇ . It is also in the optical detection range of the heat radiation sensor.
  • the entire detector housing in Vietnamese ⁇ sive the detector hood is also designed to be light-tight, so that no appreciable light, either in the visible range, in the UV range or in the near and middle infrared range passes through da detector housing.
  • the detected heat radiation is in a direct connection with the temperature on the inside of the detector hood, which follows the actual ambient temperature with a small, justifiable delay.
  • the central area of the detector hood usually warms up quickly when the ceiling is installed as intended.
  • the wall thickness of the detector hood be dimensioned such that the prevailing on the outside of the detector hood ambient tempera ture by the heat-conducting material property of the detector ⁇ hood with a time constant of less than 30 s, and in particular less than 10 s follows.
  • the Ge ⁇ casing part has a wall thickness in the range of 1 to 2 mm, so that ⁇ a time constant for heat transfer from the off ⁇ is possible senseite to the inside in the central portion of the detector cover of less than 10 seconds.
  • the control unit is also connected to the heat radiation sensor and configured to mathematically deduce a temperature value corresponding to the ambient temperature from a heat sensor signal output by the heat radiation sensor. guide and this with to be ⁇ into account when issuing the fire alarm. It can be used too high a temperature value for the plausibility check of detected smoke in one of ⁇ fenen fire.
  • a fire alarm may also be issued by the control unit if there is an open fire without smoke, such as in a fire with alcohol, but the ambient temperature is too high, such as greater than 65 ° Celsius.
  • the control unit is set up to determine the temperature value according to the pyrometric measuring principle taking into account a stored emissivity.
  • the TERMS ⁇ onsgrad is dependent on the surface finish and / or the material of the detector cover and the wavelength of the oriented emit thermal radiation.
  • the emissivity in the mid-infrared range preferably has a value of at least 0.8, preferably of at least 0.9. This can be achieved, for example, by a black plastic or by a black paint application in the central region of the inside of the detector hood. For example, the emissivity can be measured by means of a sample test.
  • the detector hood comprises a housing part, which comprises at least the central area of the detector hood.
  • This housing part is preferably integrated in the detector hood.
  • this Ge ⁇ housing part is only permeable to heat radiation in the mid-infrared range. The remaining housing parts are, however, carried out before ⁇ preferably light-tight so that no notable light, nor passes in the visible range, in the UV range in the near and mid-infrared range through the remainder of the detector housing.
  • the material of the central Ge ⁇ koruseteils may be for example a plastic such as a thermal moplastischer be plastic based on polymethyl methacrylate or polycarbonate or a ceramic, such as transpa ⁇ pension fine crystalline spinel-based ceramics Magne ⁇ sium- and alumina. In particular, this material then appears in the optically visible region as opaque, in particular as opaque or white-opaque.
  • the scattered light detector thus has a housing or a detector hood, which appears to a viewer as a conventional fire alarm
  • control unit is according to the invention connected to the heat radiation sensor and adapted to generate an output from the thermal radiation sensor thermal sensor signal on the occurrence of significant fluctuations or flicker frequencies for an open flame and flaming embers to monitor back and into account ⁇ term at the output of the fire alarm with.
  • the frequency-technical monitoring can take place, for example, by means of digital filters or by means of a digital Fourier analysis (FFT, DFT).
  • control unit may additionally be configured to mathematically derive a temperature value corresponding to the ambient temperature from a direct component of the heat sensor signal and also to take it into account when outputting the fire alarm.
  • two characteristic fire parameters can advantageously be detected by means of only one heat radiation sensor.
  • a separate further component for the temperature detection in the environment of the hazard alarm can be omitted.
  • the housing part permeable only to thermal radiation forms an optical lens Expansion of the optical detection range of the heat radiation sensor.
  • FIG. 3 shows a third embodiment with a heat radiation sensor for detecting an ambient temperature according to the invention
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment with a heat radiation sensor for detecting an ambient temperature and for detecting open fire in the sense of a flame detector according to the invention
  • FIG. 6 shows a plan view of the embodiment according to FIG. 5 along the viewing direction VI indicated there.
  • the scattered light smoke detector 1 shown has a detector housing 2, which is composed of a base body 3 and a detector hood 4.
  • the detector 1 is attached with its An ⁇ final page AN to a detector base not shown further, which is typically attached to the ceiling.
  • Between body 3 and detector hood 4 are openings OF formed so that smoke particles can pass through them in the interior IR of the detector housing 2 for optical smoke detection.
  • In the area of the openings OF remain light-shielding members in the form of lamellae LAM present which allow the smoke particles to pass, but direct ambient light shield ⁇ (s. FIG 6).
  • an optical measuring chamber is accommodated or formed in the interior IR of the detector housing 2, which is bounded by the base body 3 and by the detector hood 4.
  • a circuit substrate 7 is accommodated, on which, adjacent to the measuring chamber, a light-emitting diode 5 and a photosensor 6 are arranged in a scattered-light arrangement. In such an arrangement, no direct light from the light emitting diode 5 to the photosensor reaches 6.
  • Both light emitting diode 5 and photosensor 6 are arranged on the planar GmbHungsträ ⁇ ger 7, that their optical axes A orthogonal or nearly orthogonal to the circuit substrate 7 and thus pa ⁇ run parallel to each other.
  • the light-emitting diode 5 and the photosensor 6 SMD components that can be applied with high precision and automated on a scarf ⁇ carrier 7 with dedicated contact surfaces.
  • the light-emitting diode 5 and the photosensor 6 lie directly opposite an inner side IS of the detector hood 4, the inner side defining the optical measuring chamber.
  • the light-emitting diode 5 illuminates the inside IS of the detector hood 4 directly. It lacks in comparison to the prior art, a labyrinth lid, which would otherwise befin ⁇ between light emitting diode 5 and photosensor 6 on the one hand and zwi ⁇ tween the inside IS of the detector hood 4 on the other.
  • a portion of the interior IS of the detector hood 4 is a mirror surface S, which is the light emitting diode 5 with respect to ⁇ .
  • the mirror surface S is dimensioned such that the light cone R, B emitted by the light-emitting diode 5 is completely exposed to the light cone Mirror surface S hits.
  • the mirror surface S in this case has such a mirror geometry, that the cone of light R, B ei ⁇ NEN reception area E of the photo sensor 6 intersects ⁇ volume in a Z scattered light within the optical measurement chamber. In this case, scattered light passes only from particles in this scattered light volume for detection by the photosensor 6.
  • the receiving area E is a receiving cone.
  • apertures BL, a light trap LF and light-absorbing structures AB in the form of corrugations for minimizing the fundamental pulse in the optical measuring chamber are furthermore provided.
  • the aforementioned structural elements BL, LF, AB are integral elements of a glossy black plastic cover 8, which is provided for covering or attachment to the circuit substrate 7 and forms, so to speak, the bottom of the optical measuring chamber.
  • the cover 8 is in the example a one-piece plastic injection molded part. This part can also be inseparably composed of several plastic parts. In the cover 8, two recesses in the form of openings for the light emitting diode 5 and for the photosensor 6 are still present.
  • the inner surface IS of the detector 4 ⁇ dome light-absorbing structures of AB such as in the form of corrugations or knurled surfaces (not shown).
  • the mirror surface S which can be realized, for example, by means of an attached reflective piece of sheet metal or by vapor-deposited metal, such as aluminum.
  • the scattered light smoke detector 1 shown also has an essentially rotationally symmetrical or mirror-image cut-out contour.
  • SA the constructive main axis or axis of symmetry is drawn for this purpose.
  • the detector hood 4 has an approximately equal wall thickness in the range of 1 to 2 mm, so that the detector hood 4 forms on its inner side IS a constructively corresponding convex inner contour.
  • This contour also roughly follows the mirror geometry of the mirror surface S.
  • the resulting The concave mirror geometry can be used advantageously for bundling and focusing the emitted light cone.
  • a desired advantageous mirror geometry can be achieved via a suitably selected outer contour of the detector hood.
  • the scattered light smoke detector shown has an electronic control unit 10 for controlling and evaluating the optoelectronic components 5, 6 and for outputting an alarm message.
  • This is preferably a microcontroller and applied to the circuit substrate 7.
  • the control unit 10 is programmatically adapted to drive the light emitting diode 5, at least ⁇ pulsed indirectly and evaluate a corresponding originating from the photosensor 6 sensor signal. If the sensor signal exceeds a scattered light limit, an alarm message is output.
  • the light-emitting diode 5 shown can be a red-emitting LED, an infrared LED, a blue-emitting LED or a UV LED.
  • R here is designated a red light beam and a red Lichtbün ⁇ del and B with a blue cone of light or a blue light beam it.
  • the light-emitting diode 5 may also be a dual LED 50 or a multi-color LED, such as an RGB LED.
  • 2 shows a second embodiment with two Spiegelflä ⁇ chen Sl, S2.
  • a second mirror surface S2 is provided, which is opposite to the photosensor 6 and which has such a mirror geometry that the original first scattered light center ZI can be expanded by the second StreulichtZen ⁇ spectrum Z2 (without second mirror surface S2).
  • the first and second scattered light centers Z1, Z2 can partially overlap.
  • FIG. 3 shows a third embodiment with a heat radiation sensor 9 for detecting an ambient temperature T according to the invention.
  • the photosensor 6 is now arranged centrally in the detector housing 2 on the circuit carrier 7.
  • the IR in the interior of the detector housing 2 gebil ⁇ finished scattered light volume Z now encloses the the center of the smoke detector 1 extending constructive major axis or symmetry axis SA. Smoke detection is equally fast regardless of the direction of the smoke entering the optical measuring chamber.
  • the cover 8 forms by way of example yet another light trap LF.
  • a heat-radiation sensor 9 which is sensitive to heat radiation in the mid-infrared range and is in the form of a thermopile, likewise designed as an SMD component, is accommodated in the detector housing 2.
  • the heat radiation sensor 9, like the photosensor 6, is arranged centrally and on the circuit carrier 7. With W, the heat-conical conical detection range of the heat radiation sensor 9 is designated.
  • the detection range W defines a (virtual) measurement surface MF on the inner side IS of the mel ⁇ derhaube 4 for detecting a local housing temperature. In other words, the light emitted from this measuring surface MF in the direction of the heat radiation sensor 9 ⁇ thermal radiation is detected by the heat radiation sensor.
  • Temperature T in the immediate vicinity of the scattered light smoke detector 1 follows. Temperature changes, such as in a fire, are the fastest detectable at the lower vertex SP.
  • the constructive main axis SA of the scattered light smoke detector 1 also extends through this point SP. This is thus opposite the measuring surface MF.
  • the ambient tempera ture ⁇ T is due to the thin housing of the detector hood 4 already after a short time, such as after 10 s, also on the inner surface IS on the measuring surface to MF.
  • the detector hood 4 in the region of the measuring surface MF have a particularly good heat-conducting plastic or a piece of metal, such as copper.
  • the heat radiation sensor 9 is connected to the control unit 10, which then mathematically derives a temperature value corresponding to the ambient temperature T from a heat sensor signal output by the heat radiation sensor 9 and takes this into consideration when the fire alarm is output.
  • the wall thickness of the Melderhau ⁇ be 4 is much larger than in the example of the preceding Figures.
  • the mirror geometry, in particular of the second mirror surface S2 can additionally be specifically adapted to the specification by the outer contour of the detector hood 4 in order to specifically focus the light beam emitted by the opposite light-emitting diode 52 or the light cone B into the light trap LF.
  • the second mirror surface S2 is partially embedded or recessed in the detector hood 4.
  • Both LEDs 51, 52 may be of the same type, such as infrared LEDs. From the respective took the same color scattered light from different
  • FIG 5 shows a fifth embodiment with a heat radiation sensor 9 for detecting an ambient temperature T and for detecting open flames in the sense of a flame detector according to the invention.
  • the detector hood 4 in the central region MF ie in the region of the measuring surface, according to the invention, a transparent only to heat radiation in the mid-infrared region housing part 11. This can be such that it does not differ visually from the remaining detector housing 2.
  • the Ge ⁇ housing part 11 additionally forms an optical lens for widening the optical detection range W from.
  • the tax erritt 10 is adapted to monitor the thermal sensor signal outputted from the thermal radiation ⁇ sensor 9 to the occurrence of significant fluctuations or flicker frequencies for an open flame and flaming embers in terms of a flame detector back and taken into account in the output of the fire alarm with.
  • the control unit 10 may be configured to derive from a DC component of the heat sensor ⁇ nals computationally one of the ambient temperature T corresponding temperature value and also this also in the output of the fire alarm with.
  • FIG 7 6 shows, finally, a plan view of the execution ⁇ form according to FIG 5 along the indicated there viewing direction VI.
  • This view especially the lamellae LAM as Lichtabpressimplantation and the central arrangement of the photosensor 6 and heat radiation sensor 9 can be seen.
  • the FIG 6 also shows the substantially rotationally symmetrical
  • thermopile thermopile
  • control unit microcontroller
  • SA optical axis symmetry axis, main axis S, Sl, S2 mirror surface, mirror

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Streulichtrauchmelder (1) mit einer mit der Umgebungsluft kommunizierenden optischen Messkammer. Letztere ist im Inneren (IR) eines Meldergehäuses (2) aufgenommen und durch einen Grundkörper (3) und durch eine Melderhaube (4) des Meldergehäuses begrenzt. Im Grundkörper ist ein vorzugsweise ebener Schaltungsträger (7) aufgenommen. Auf diesem sind angrenzend zur Messkammer eine Leuchtdiode (5) und ein Photosensor (6) in einer Streulichtanordnung angeordnet. Die Leuchtdiode und der Photosensor weisen jeweils eine zumindest nahezu orthogonal zum Schaltungsträger verlaufende optische Achse (A) auf und liegen einer die Messkammer begrenzenden Innenseite (IS) der Melderhaube gegenüber. Ein Teil der Innenseite weist eine Spiegelfläche (S) auf, welche der Leuchtdiode gegenüberliegt. Die Spiegelfläche weist eine derartige Spiegelgeometrie auf, dass ein Lichtkegel (R, B) der Leuchtdiode einen Empfangsbereich (E) des Photosensors in einem ersten Streulichtvolumen (ZI, Z) innerhalb der Messkammer schneidet und dass der Lichtkegel nach seiner Spiegelung faktisch berührungsfrei den Innenraum des Meldergehäuses mit der Messkammer durchquert und in eine lichtabsorbierende Lichtfalle mündet.

Description

Beschreibung
Streulichtrauchmelder mit einer im Meldergehäuse aufgenommenen optischen Messkammer und mit einer Spiegelfläche an einer Innenseite einer Melderhaube als Teil des Meldergehäuses
Die Erfindung betrifft einen Streulichtrauchmelder, der eine mit der Umgebungsluft kommunizierende optische Messkammer aufweist. Die Messkammer ist im Inneren eines Meldergehäuses aufgenommen und durch einen Grundkörper und durch eine Melderhaube des Meldergehäuses begrenzt. Der Grundkörper und die Melderhaube können auch einstückig sein. Beide sind vorzugs¬ weise ein Kunststoffspritzgrussteil . Im Grundkörper ist ein vorzugsweise ebener Schaltungsträger aufgenommen, auf dem angrenzend zur Messkammer eine Leuchtdiode und ein Photosensor, wie z.B. eine Photodiode, in einer Streulichtanordnung angeordnet sind.
Derartige Streulichtrauchmelder sind allgemein bekannt. Sie können wie auch der erfindungsgemässe Streulichtrauchmelder zum Anschluss an einem Melderbus bzw. an einer Melderlinie ausgebildet sein. Im Falle einer detektierten Mindestrauch- konzentration erfolgt die Ausgabe einer Alarm- oder Warnmeldung auf den Melderbus. Die Alarm- oder Warnmeldung kann alternativ oder zusätzlich über Funk und/oder am Streulichtrauchmelder optisch und/oder akustisch ausgegeben werden. Die betrachteten, als Punktmelder ausgebildeten Streulichtrauchmelder können alternativ oder zusätzlich für einen batteriegestützten Stand-Alone-Betrieb ausgebildet sein.
Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen besonders kompakten Streulichtrauchmelder anzugeben.
Die Aufgabe wird mit den Gegenständen des Hauptanspruchs ge¬ löst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Erfindungsgemäss weisen die Leuchtdiode und der Photosensor jeweils eine zumindest nahezu orthogonal zum Schaltungsträger verlaufende optische Achse auf. Mit anderen Worten verlaufen die beiden optischen Achsen zumindest nahezu parallel zueinander. Die Leuchtdiode und der Photosensor liegen einer die Messkammer begrenzenden Innenseite der Melderhaube gegenüber. Ein Teil der Innenseite weist zumindest eine Spiegelfläche auf, welche der Leuchtdiode gegenüberliegt. Die Spiegelfläche weist eine derartige Spiegelgeometrie auf, dass ein Lichtke¬ gel der Leuchtdiode einen Empfangsbereich des Photosensors in einem Streulichtvolumen innerhalb der Messkammer schneidet und dass der Lichtkegel nach seiner Spiegelung (faktisch) berührungsfrei) den Innenraum des Meldergehäuses mit der Messkammer durchquert und in eine lichtabsorbierende Licht¬ falle mündet.
Die Spiegelfläche kann eine plane oder eine konkave Fläche aufweisen. Sie kann eine silbrige Folie oder ein Blechstück aus Metall sein, wie z.B. aus Aluminium oder Stahl. Die Folie kann auf der Innenseite der Melderhaube aufgeklebt werden. Das Blechstück kann an der Innenseite der Melderhaube z.B. angeklebt oder beim Spritzguss der Melderhaube mit angebracht werden. Die Spiegelfläche kann auch eine metallisierte Fläche sein, die z.B. mittels eines Bedampfungsverfahrens im Vakuum aufgebracht wird. Die Spiegelfläche kann auch ein Kunststoff¬ spiegel mit einer glänzenden oder polierten Fläche sein, wie z.B. aus schwarzem Kunststoff.
Der Schaltungsträger ist vorzugsweise eine ebene Leiterplat¬ te. Insbesondere weist diese zumindest auf einer der beiden Schaltungsträgerseiten Kontaktierungsflächen für eine Oberflächenmontage, d.h. für eine sogenannte SMD-Montage auf.
Der Kern der Erfindung liegt in der Verwendung der Innenseite der Melderhaube als Spiegel bzw. als Reflektor, um das von der Leuchtdiode orthogonal zum Schaltungsträger ausgesandte Lichtbündel durch einen zentralen Bereich im Inneren des Meldergehäuses zu lenken. Dadurch ist vorteilhaft ein kompakter und zugleich konstruktiv besonders einfacher Streulichtrauchmelder realisierbar.
Durch die Fokussierung und gezielte Lenkung des Lichtbündels ist zudem vorteilhaft eine effektive gerichtete Einleitung des Lichtbündels in die dafür vorgesehene Lichtfalle mit ei¬ ner nahezu vollständigen Lichtabsorption möglich. Mit „faktisch berührungsfrei" ist dabei gemeint, das das gespiegelte Lichtbündel, von vereinzelten Randstrahlen des Lichtbündels abgesehen, vollständig in die Lichtfalle mündet, ohne zuvor weitere Teile des Gehäuses zu berühren.
Einer Ausführungsform zufolge sind auf dem Schaltungsträger zumindest eine Blende und/oder zumindest eine Lichtfalle und/oder lichtabsorbierende Strukturen angeordnet. Vorzugs¬ weise ist auf dem Schaltungsträger eine einstückige Abdeckung mit Ausnehmungen zumindest für die Leuchtdiode und für den Photosensor angebracht. Die Abdeckung weist die zumindest ei¬ ne Blende und/oder Lichtfalle und/oder lichtabsorbierende Strukturen auf bzw. formt diese aus. Vorzugsweise überdeckt die Abdeckung bis auf die zuvor genannten Ausnehmungen im Wesentlichen die gesamte, der Innenseite der Melderhaube gegen¬ überliegende Oberseite des Schaltungsträgers und bildet somit den Boden der optischen Messkammer. Die Abdeckung ist insbe- sondere ein schwarzes Kunststoffspritzgussteil .
Die zumindest eine Blende ist möglichst scharfkantig ausge¬ bildet, sodass nur wenig Licht auf eine solche Kante fällt und reflektiert wird. Die Lichtfallen sind vorzugsweise topf- oder trichterförmig ausgebildet. Sie weisen im Bezug auf die Haupteinfallrichtung der Lichtstrahlen von der Leuchtdiode derart geometrisch orientierte Flächen und/oder Riffelungen auf, dass sich die dort einfallenden Lichtstrahlen nach einigen Reflexionen „totlaufen". Der Grossteil der verbleibenden Oberseite der Abdeckung ist vorzugsweise geriffelt ausgebil¬ det. Die Oberflächen der Blende (n) und/oder der Lichtfalle (n) und/oder der geriffelten Flächen bzw. der Riffelungen sind vorzugsweise glänzend ausgebildet und wirken wie schwarze Spiegel. Das hat den Vorteil, dass auftreffendes Licht nicht diffus gestreut, sondern gerichtet reflektiert wird.
Vorzugsweise weist auch die Innenseite der Meldehaube bis die Spiegelfläche (n) Riffelungen als lichtabsorbierende
Strukturen auf, insbesondere schwarz glänzende Riffelungen Sie kann an ihrer Innenseite auch eine lichtabsorbierende Farbschicht, wie z.B. eine schwarze Farbschicht, aufweisen Dadurch verringert sich vorteilhaft der sogenannte Grundpuls. Es gelangt somit weniger an den Wänden und Komponenten der optischen Messkammer reflektiertes Licht zum Photosensor.
Die optische Messkammer wird somit durch die angrenzende Ab- deckung auf dem Schaltungsträger und durch die gegenüberliegende Innenseite der Melderhaube gebildet. Dadurch kann vor¬ teilhaft auf einen topfförmigen Deckel verzichtet werden, der üblicherweise auf den Boden bzw. auf die Abdeckung der opti¬ schen Messkammer aufgesteckt wird. Eine derartige Anordnung wird auch als Labyrinth bezeichnet. Ein solches, typischer¬ weise zylindrisch ausgestaltetes Labyrinth weist üblicherwei¬ se Lamellen als Lichtabschirmelemente am radialen Aussenum- fang auf. Letztere sind derart ausgestaltet, dass sie den Durchtritt von zu detektierenden Rauchpartikeln in das Innere des Labyrinths ermöglichen, jedoch das Innere des Labyrinths gegen direktes Umgebungslicht abschirmen.
Vorzugsweise sind derartige Lichtabschirmelemente integrale Teile der Abdeckung für den Schaltungsträger. Sie können als Kunststoffteil dort mit angespritzt sein. Die Lichtabschirm¬ elemente können alternativ in der Melderhaube oder im Grundkörper integriert sein.
Vorzugsweise weist das Meldergehäuse mit der Melderhaube eine im Wesentlichen rotationssymmetrische oder spiegelbildliche Aussenkontur auf. Dadurch wird eine weitgehend richtungsunab¬ hängige Rauchdetektion ermöglicht. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Melderhaube eine konvexe Aussenkontur und eine zumindest teilweise konkave Innenkontur auf. Es weist die jeweilige Spiegelfläche an der Innenseite der Melderhaube eine der zumindest teilwei¬ se konkaven Innenkontur der Melderhaube folgende Spiegelgeo¬ metrie auf. Die Spiegelfläche kann z.B. einen konkaven Teil der Oberfläche einer Kugel, eines Ellipsoids, eines Parabo- loids oder eines Hyperboloids umfassen. Aus der konvexen Aus¬ senkontur folgt eine geometrisch entsprechende konkave Innen¬ kontur der Spiegelfläche, dabei vorausgesetzt, dass die Wand¬ stärke der Melderhaube im Wesentlichen unverändert bleibt.
Durch die konkave Innenkontur ist vorteilhaft eine Fokussie¬ rung des einfallenden, von der gegenüberliegenden Leuchtdiode ausgesandten Lichtbündels möglich .
Einer bevorzugten Ausführungsform des Streulichtrauchmelders zufolge ist der Photosensor mittig im Meldergehäuse angeord¬ net, sodass das im Innenraum des Meldergehäuses gebildete Streulichtvolumen eine durch das Zentrum des Streulichtrauchmelders verlaufende konstruktive Hauptachse umschliesst.
Dadurch wird vorteilhaft eine weitestgehend richtungsunabhän¬ gige Rauchdetektion ermöglicht.
Vorzugsweise ist auf dem Schaltungsträger zumindest eine wei¬ tere Leuchtdiode mit einer zum Schaltungsträger orthogonalen optischen Achse angeordnet. Mit anderen Worten verlaufen die optischen Achsen der drei optoelektronischen Bauelemente zumindest nahezu parallel zueinander. Es ist zumindest eine der zumindest einen weiteren Leuchtdiode angrenzend zur ersten Leuchtdiode angeordnet. Alternativ kann die zumindest eine weitere Leuchtdiode mit der ersten Leuchtdiode eine Zweifar¬ ben- oder Mehrfarben-Leuchtdiode als einstückiges optoelek¬ tronisches Bauelement bildet. Es liegt die zumindest eine weitere Leuchtdiode der Spiegelfläche der ersten Leuchtdiode gegenüber. Das von den jeweiligen Leuchtdioden ausgesandte Licht weist eine voneinander verschiedene Wellenlänge auf. Durch die farbspezifische Auswertung des Photosensorsignals ist eine brandtechnische Analyse der detektierten Rauchteil¬ chen hinsichtlich ihrer Teilchengrösse möglich. Vorzugsweise ist die erste Leuchtdiode eine (monochrome) rote Leuchtdiode oder eine (monochrome) Infrarot-Leuchtdiode mit einer Lichtwellenlänge von 940 ± 70 nm. Die zweite Leuchtdio¬ de ist vorzugsweise eine (monochrome) blaue Leuchtdiode mit einer Lichtwellenlänge von 470 ± 70 nm oder eine (monochrome) UV-Leuchtdiode im UV-A-Bereich . Die erste und zweite Leucht¬ diode können zu einer Zweifarben-Leuchtdiode zusammengefasst sein. Eine derartige Leuchtdiode wird auch als Dual-LED oder Duo-LED bezeichnet. Im Wesentlichen weisen beide Leuchtdioden eine annähernd gleiche optische Achse auf, sodass vorteilhaft keine weitere Spiegelfläche an der Innenseite der Melderhaube erforderlich ist.
Typischerweise weist der Rauchmelder eine elektronische Steu¬ ereinheit, insbesondere einen MikroController auf. Die Steu- ereinheit ist mit der jeweiligen Leuchtdiode und dem Photo¬ sensor verbunden, insbesondere signal- oder datentechnisch. Die Steuereinheit gibt einen Brandalarm aus, falls ein der jeweiligen Leuchtdiode zugeordnetes Sensorsignal einen Streu¬ licht-Grenzwert oder einen kombinierten Streulicht-Grenzwert überschreitet. Der MikroController ist ferner dazu eingerichtet, die Leuchtdioden zumindest mittelbar und im Falle mehre¬ rer Leuchtdioden alternierend anzusteuern sowie zeitlich zugeordnet das entsprechende Photosensorsignal auszuwerten. Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist im Meldergehäuse ein für Wärmestrahlung im mittleren Infrarotbereich (MIR) empfindlicher, kontaktlos arbeitender Wärmestrahlungssensor aufgenommen. Mit „mittlerem Infrarotbereich" ist ein Wellenlängenbereich von 3 ym bis 20 ym für Wärmestrahlung bezeich- net. Der Wärmestrahlungssensor ist insbesondere eine Thermo- säule oder ein Bolometer. Geläufiger ist in der Fachsprache jedoch der englischsprachige Fachbegriff „Thermopile" für ei¬ ne Thermosäule. Solche Wärmestrahlungssensoren geben i.Vgl. zu Pyrosensoren, die nur ein Signal bei Wärmestrahlungsände¬ rungen ausgeben, auch ein Sensorsignal bei gleichbleibender Wärmestrahlung entsprechend ihrer Intensität aus.
Der Wärmestrahlungssensor ist weiter gemäss der Erfindung op tisch auf einen zentralen Bereich an der Innenseite der Melderhaube zur Erfassung einer dortigen Gehäusetemperatur ausgerichtet, welche im Wesentlichen der Umgebungstemperatur in der unmittelbaren Umgebung des Streulichtrauchmelders folgt. Der zentrale Bereich umfasst typischerweise die geometrische Hauptachse bzw. die Rotationssymmetrieachse des Streulicht¬ rauchmelders. Er liegt auch im optischen Erfassungsbereich des Wärmestrahlungssensors. Das gesamte Meldergehäuse inklu¬ sive der Melderhaube ist ferner lichtdicht ausgeführt, sodas kein nennenswertes Licht, weder im sichtbaren Bereich, im UV Bereich noch im nahen und mittleren Infrarotbereich durch da Meldergehäuse hindurchtritt.
Die erfasste Wärmestrahlung steht in einem direkten Zusammen hang mit der Temperatur an der Innenseite der Melderhaube, welche mit geringer, vertretbarer Verzögerung der tatsächlichen Umgebungstemperatur folgt. Dabei erwärmt sich der zentrale Bereich der Melderhaube bei bestimmungsgemässer Deckenmontage üblicherweise auch am schnellsten. Hierzu kann die Wandstärke der Melderhaube derart bemessen sein, dass die an der Aussenseite der Melderhaube herrschende Umgebungstempera tur durch die wärmeleitende Materialeigenschaft der Melder¬ haube mit einer Zeitkonstante von weniger als 30 s, insbeson dere von weniger als 10 s, folgt. Insbesondere weist das Ge¬ häuseteil eine Wandstärke im Bereich von 1 bis 2 mm auf, so¬ dass eine Zeitkonstante für den Wärmetransport von der Aus¬ senseite zur Innenseite im zentralen Bereich der Melderhaube von weniger als 10 Sekunden möglich ist.
Die Steuereinheit ist zudem mit dem Wärmestrahlungssensor verbunden und dazu eingerichtet, rechnerisch aus einem vom Wärmestrahlungssensor ausgegebenen Wärmesensorsignal einen der Umgebungstemperatur entsprechenden Temperaturwert abzu- leiten und diesen bei der Ausgabe des Brandalarms mit zu be¬ rücksichtigen. Dabei kann ein zu hoher Temperaturwert zur Plausibilitätskontrolle von detektiertem Rauch bei einem of¬ fenen Brand herangezogen werden. Es kann auch ein Brandalarm durch die Steuereinheit ausgegeben werden, wenn ein offener Brand ohne Rauchentwicklung vorliegt, wie z.B. bei einem Brand mit Alkohol, aber die Umgebungstemperatur zu hoch ist, wie z.B. grösser als 65° Celsius. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, den Temperaturwert nach dem pyrometrischen Messprinzip unter Berücksichtigung eines gespeicherten Emissionsgrads zu ermitteln. Der Emissi¬ onsgrad ist von der Oberflächenbeschaffenheit und/oder vom Werkstoff der Melderhaube sowie von der Wellenlänge der emit- tierten Wärmestrahlung abhängig. Vorzugsweise weist der Emissionsgrad im mittleren Infrarotbereich einen Wert von mindestens 0.8, vorzugsweise von mindestens 0.9 auf. Dies kann z.B. durch einen schwarzen Kunststoff oder durch einen schwarzen Farbauftrag im zentralen Bereich der Innenseite der Melder- haube erreicht werden. Der Emissionsgrad kann z.B. im Rahmen einer Musterprüfung messtechnisch ermittelt werden.
Durch die berührungslose Temperaturerfassung mit dem Wärmestrahlungssensor kann vorteilhaft auf eine aufwändige manuel- le Montage eines Temperaturmesswiderstands inklusive der hierzu erforderlichen Verdrahtung verzichtet werden.
Nach einer dazu alternativen Ausführungsform umfasst die Melderhaube ein Gehäuseteil, das zumindest den zentralen Bereich der Melderhaube umfasst. Dieses Gehäuseteil ist vorzugsweise in der Melderhaube integriert. Darüber hinaus ist dieses Ge¬ häuseteil nur für Wärmestrahlung im mittleren Infrarotbereich durchlässig. Die verbleibenden Gehäuseteile sind dagegen vor¬ zugsweise lichtdicht ausgeführt, sodass kein nennenswertes Licht, weder im sichtbaren Bereich, im UV-Bereich noch im nahen und mittleren Infrarotbereich durch das verbleibende Meldergehäuse hindurchtritt. Der Werkstoff des zentralen Ge¬ häuseteils kann z.B. ein Kunststoff sein, wie z.B. ein ther- moplastischer Kunststoff auf Basis von Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat oder eine Keramik sein, wie z.B. transpa¬ rente feinkristalline Spinell-Keramiken auf Basis von Magne¬ sium- und Aluminiumoxid. Insbesondere erscheint dann dieser Werkstoff im optisch sichtbaren Bereich als undurchsichtig, insbesondere als opak oder weiss-opak. Der Streulichtmelder weist somit ein Gehäuse bzw. eine Melderhaube auf, welches einem Betrachter wie ein herkömmlicher Brandmelder erscheint
Weiterhin ist die Steuereinheit gemäss der Erfindung mit dem Wärmestrahlungssensor verbunden und dazu eingerichtet, ein vom Wärmestrahlungssensor ausgegebenes Wärmesensorsignal auf das Auftreten von signifikanten Fluktuationen oder Flackerfrequenzen für offenes Feuer und lodernder Glut hin zu überwachen und bei der Ausgabe des Brandalarms mit zu berücksich¬ tigen. Die frequenztechnische Überwachung kann z.B. mittels digitaler Filter oder mittels einer digitalen Fourieranalyse (FFT, DFT) erfolgen.
Dadurch kann bei einem detektierten offenen Feuer sofort ein Brandalarm ausgegeben werden, bevor die dabei entstehenden Rauchpartikel die optische Messkammer erreichen. Die Alarmie¬ rung erfolgt somit schneller.
Nach einer Ausführungsform kann die Steuereinheit zusätzlich dazu eingerichtet sein, aus einem Gleichanteil des Wärmesen- sorsignals rechnerisch - wie eingangs beschrieben - einen der Umgebungstemperatur entsprechenden Temperaturwert abzuleiten und gleichfalls bei der Ausgabe des Brandalarms mit zu be- rücksichtigen .
Dadurch können vorteilhaft mittels nur eines Wärmestrahlungs- sensors zwei charakteristische Brandkenngrössen erfasst wer- den. Ein separates weiteres Bauelement für die Temperaturerfassung in der Umgebung des Gefahrenmelders kann entfallen.
Nach einer weiteren Ausführungsform formt das nur für Wärmestrahlung durchlässige Gehäuseteil eine optische Linse zur Aufweitung des optischen Erfassungsbereichs des Wärmestrahlungssensors aus. Dadurch kann ein grösserer Bereich in der Umgebung des Streulichtrauchmelders überwacht werden.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 eine erste Ausführungsform des Streulichtrauchmel¬ ders mit einer Spiegelfläche gemäss der Erfindung,
FIG 2 eine zweite Ausführungsform mit zwei Spiegelflä¬ chen,
FIG 3 eine dritte Ausführungsform mit einem Wärmestrahlungssensor zur Erfassung einer Umgebungstemperatur gemäss der Erfindung,
FIG 4 eine vierte Ausführungsform mit zwei Spiegelflächen und mit zwei Streulichtanordnungen gemäss der Erfindung,
FIG 5 eine fünfte Ausführungsform mit einem Wärmestrahlungssensor zur Erfassung einer Umgebungstemperatur und zur Detektion von offenem Feuer im Sinne eines Flammenmelders gemäss der Erfindung, und
FIG 6 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach FIG 5 entlang der dort eingezeichneten Blickrichtung VI.
FIG 1 zeigt eine erste Ausführungsform des Streulichtrauchmelders 1 mit einer Spiegelfläche S gemäss der Erfindung. Der gezeigte Streulichtrauchmelder 1 weist ein Meldergehäuse 2 auf, welches sich aus einem Grundkörper 3 und einer Melderhaube 4 zusammensetzt. Der Melder 1 wird mit seiner An¬ schlussseite AN an einem nicht weiter gezeigten Meldersockel angebracht, der typischerweise an der Decke befestigt ist. Zwischen Grundkörper 3 und Melderhaube 4 sind Öffnungen OF ausgebildet, sodass Rauchpartikel durch diese in das Inneren IR des Meldergehäuses 2 zur optischen Rauchdetektion gelangen können. Im Bereich der Öffnungen OF sind weiterhin Lichtabschirmelemente in Form von Lamellen LAM vorhanden, welche die Rauchpartikel passieren lassen, jedoch direktes Umgebungs¬ licht abschirmen (s. FIG 6) .
Zur Rauchdetektion ist im Inneren IR des Meldergehäuses 2 eine optische Messkammer aufgenommen bzw. ausgebildet, welche durch den Grundkörper 3 und durch die Melderhaube 4 begrenzt ist. Im Grundkörper 3 ist ein Schaltungsträger 7 aufgenommen, auf dem angrenzend zur Messkammer eine Leuchtdiode 5 und ein Photosensor 6 in einer Streulichtanordnung angeordnet sind. In einer derartigen Anordnung gelangt kein direktes Licht von der Leuchtdiode 5 zum Photosensor 6. Sowohl Leuchtdiode 5 als auch Photosensor 6 sind derart auf dem ebenen Schaltungsträ¬ ger 7 angeordnet, dass ihre optischen Achsen A orthogonal oder nahezu orthogonal zum Schaltungsträger 7 und somit pa¬ rallel zueinander verlaufen. Im bevorzugten praktischen Fall sind die Leuchtdiode 5 und der Photosensor 6 SMD-Bauelemente, die mit hoher Präzision und automatisiert auf einem Schal¬ tungsträger 7 mit dafür vorgesehenen Kontaktierungsflächen appliziert werden können. Erfindungsgemäss liegen die Leuchtdiode 5 und der Photosensor 6 direkt einer Innenseite IS der Melderhaube 4 gegenüber, wobei die Innenseite die optische Messkammer begrenzt. Mit anderen Worten beleuchtet die Leuchtdiode 5 die Innenseite IS der Melderhaube 4 auf direktem Wege. Es fehlt im Vergleich zum Stand der Technik ein Labyrinthdeckel, der sich sonst zwischen Leuchtdiode 5 und Photosensor 6 einerseits und zwi¬ schen der Innenseite IS der Melderhaube 4 andererseits befin¬ den würde . Weiterhin weist ein Teil der Innenseite IS der Melderhaube 4 eine Spiegelfläche S auf, die der Leuchtdiode 5 gegenüber¬ liegt. Die Spiegelfläche S ist so bemessen, dass der von der Leuchtdiode 5 ausgesandte Lichtkegel R, B vollständig auf die Spiegelfläche S trifft. Die Spiegelfläche S weist dabei eine derartige Spiegelgeometrie auf, dass der Lichtkegel R, B ei¬ nen Empfangsbereich E des Photosensors 6 in einem Streulicht¬ volumen Z innerhalb der optischen Messkammer schneidet. Dabei gelangt Streulicht nur von Teilchen in diesem Streulichtvolu¬ men zur Detektion durch den Photosensor 6. Typischerweise ist der Empfangsbereich E ein Empfangskegel.
Gemäss der Erfindung sind weiterhin Blenden BL, eine Lichtfalle LF sowie lichtabsorbierende Strukturen AB in Form von Riffelungen zur Minimierung des Grundpulses in der optischen Messkammer vorgesehen. Im vorliegenden Beispiel sind die zuvor genannten konstruktiven Elemente BL, LF, AB integrale Elemente einer schwarz glänzenden Kunststoffabdeckung 8, die zur Abdeckung oder Anbringung an den Schaltungsträger 7 vorgesehen ist und sozusagen den Boden der optischen Messkammer bildet. Die Abdeckung 8 ist im Beispiel ein einstückiges Kunststoffspritzgussteil . Dieses Teil kann auch aus mehreren Kunststoffteilen untrennbar zusammengesetzt sein. In der Abdeckung 8 sind weiterhin zwei Ausnehmungen in Form von Durchbrüchen für die Leuchtdiode 5 und für den Photosensor 6 vorhanden. Vorzugsweise weist auch die Innenseite IS der Melder¬ haube 4 lichtabsorbierende Strukturen AB wie z.B. in Form von Riffelungen oder geriffelten Flächen auf (nicht dargestellt) . Davon ausgenommen ist die Spiegelfläche S, die z.B. durch ein angebrachtes spiegelndes Blechstück oder durch aufgedampftes Metall, wie z.B. Aluminium, realisiert werden kann.
Der gezeigte Streulichtrauchmelder 1 weist weiterhin eine im Wesentlichen rotationssymmetrische oder spiegelbildliche Aus- senkontur auf. Mit SA ist hierzu die konstruktive Hauptachse bzw. Symmetrieachse eingezeichnet. Weiterhin weist die Mel¬ derhaube 4 eine konvexe Aussenkontur an ihrer Aussenseite AS auf. Die Melderhaube 4 weist eine etwa gleichstarke Wanddicke im Bereich von 1 bis 2 mm auf, sodass die Melderhaube 4 an ihrer Innenseite IS eine konstruktiv entsprechende konvexe Innenkontur ausformt. Dieser Kontur folgt in etwa auch die Spiegelgeometrie der Spiegelfläche S. Die daraus resultieren- de konkave Spiegelgeometrie lässt sich vorteilhaft zur Bünde¬ lung und Fokussierung des ausgesandten Lichtkegels verwenden. Mit anderen Worten lässt sich über eine geeignet gewählte Aussenkontur der Melderhaube eine gewünschte vorteilhafte Spiegelgeometrie erreichen.
Im gezeigten Beispiel weist die Spiegelfläche S eine derarti¬ ge Spiegelgeometrie auf, dass der Lichtkegel R, B der Leucht¬ diode 5 nach seiner Spiegelung faktisch berührungsfrei den Innenraum IR des Meldergehäuses 2 mit der optischen Messkammer durchquert und in die lichtabsorbierende Lichtfalle LF mündet. Das dort einfallende, nicht an Rauchpartikeln ge¬ streute Licht wird dort wirksam absorbiert. Der gezeigte Streulichtrauchmelder weist zur Ansteuerung und Auswertung der optoelektronischen Bauelemente 5, 6 sowie zur Ausgabe einer Alarmmeldung eine elektronische Steuereinheit 10 auf. Diese ist vorzugsweise ein MikroController und auf dem Schaltungsträger 7 appliziert. Die Steuereinheit 10 ist programmtechnisch dazu eingerichtet, die Leuchtdiode 5 zumin¬ dest mittelbar gepulst anzusteuern und ein entsprechendes vom Photosensor 6 stammendes Sensorsignal auszuwerten. Überschreitet das Sensorsignal einen Streulicht-Grenzwert, so wird eine Alarmmeldung ausgegeben.
Die gezeigte Leuchtdiode 5 kann eine rotleuchtende LED, eine Infrarot-LED, eine blauleuchtende LED oder eine UV-LED sein. Mit R ist dabei ein roter Lichtkegel bzw. ein rotes Lichtbün¬ del bezeichnet und mit B ein blauer Lichtkegel bzw. ein blau- es Lichtbündel. Die Leuchtdiode 5 kann auch eine Dual-LED 50 oder eine Mehrfarben-LED, wie z.B. eine RGB-LED sein. Durch geeignete gepulste Ansteuerung dieser LED 50 und durch zeit¬ lich zugeordnete Auswertung des entsprechenden Sensorsignals vom Photosensor 6 ist eine spektrale brandtechnische Bewer- tung hinsichtlich der Teilchengrösse und/oder der Farbe der detektierten Rauchpartikel möglich. Dadurch sind eine Bestimmung des Rauch- und Brandtyps sowie eine differenzierte Alar¬ mierung möglich. FIG 2 zeigt eine zweite Ausführungsform mit zwei Spiegelflä¬ chen Sl, S2. Im Vergleich zum vorherigen Beispiel ist eine zweite Spiegelfläche S2 vorgesehen, welche dem Photosensor 6 gegenüberliegt und welche eine derartige Spiegelgeometrie aufweist, dass das ursprüngliche erste StreulichtZentrum ZI (ohne zweite Spiegelfläche S2) um das zweite StreulichtZen¬ trum Z2 erweiterbar ist. Dadurch gelangt vorteilhaft mehr Streulicht von Rauchteilchen aus dem erweiterten Streulichtzentrum Z zum Photosensor 6. Das erste und zweite Streulicht- Zentrum ZI, Z2 können sich teilweise auch überlappen.
FIG 3 zeigt eine dritte Ausführungsform mit einem Wärmestrahlungssensor 9 zur Erfassung einer Umgebungstemperatur T gemäss der Erfindung. Im Vergleich zur FIG 1 ist der Photosen- sor 6 nun mittig im Meldergehäuse 2 auf dem Schaltungsträger 7 angeordnet. Das im Innenraum IR des Meldergehäuses 2 gebil¬ dete Streulichtvolumen Z umschliesst nun die das Zentrum des Rauchmelders 1 verlaufende konstruktive Hauptachse SA bzw. Symmetrieachse. Die Rauchdetektion erfolgt unabhängig von der Richtung des eindringenden Rauchs in die optische Messkammer gleich schnell. Zudem formt die Abdeckung 8 beispielhaft noch eine weitere Lichtfalle LF aus.
Erfindungsgemäss ist im Meldergehäuse 2 ein für Wärmestrah- lung im mittleren Infrarotbereich empfindlicher, kontaktlos arbeitender Wärmestrahlungssensor 9 in Form einer gleichfalls als SMD-Bauteil ausgebildeten Thermosäule aufgenommen. Der Wärmestrahlungssensor 9 ist wie der Photosensor 6 mittig und auf dem Schaltungsträger 7 angeordnet. Mit W ist der wärmeop- tische kegelige Erfassungsbereich des Wärmestrahlungssensors 9 bezeichnet. Der Erfassungsbereich W definiert dabei eine (virtuelle) Messoberfläche MF an der Innenseite IS der Mel¬ derhaube 4 zur Erfassung einer dortigen Gehäusetemperatur. Mit anderen Worten wird durch den Wärmestrahlungssensor 9 die von dieser Messoberfläche MF in Richtung zum Wärmestrahlungs¬ sensor 9 emittierte Wärmestrahlung erfasst. Aus der erfassten Wärmestrahlung kann dann die an der Messoberfläche herrschende Temperatur abgeleitet werden, die im Wesentlichen der Um- gebungstemperatur T in der unmittelbaren Umgebung des Streulichtrauchmelders 1 folgt. Temperaturänderungen, wie z.B. bei einem Brand, sind am schnellsten am unteren Scheitelpunkt SP erfassbar. Durch diesen Punkt SP verläuft auch die konstruk- tive Hauptachse SA des Streulichtrauchmelders 1. Dieser liegt somit der Messoberfläche MF gegenüber. Die Umgebungstempera¬ tur T liegt aufgrund der dünnen Gehäusewandung der Melderhaube 4 bereits nach kurzer Zeit, wie z.B. nach 10 s, auch auf der Innenseite IS an der Messoberfläche MF an. Zur zeitlichen Beschleunigung kann die Melderhaube 4 im Bereich der Messoberfläche MF einen besonders gut wärmeleitenden Kunststoff oder ein Stück Metall, wie z.B. Kupfer, aufweisen. Der Wärmestrahlungssensor 9 ist ausgangsseitig mit der Steuereinheit 10 verbunden, die dann rechnerisch aus einem vom Wärmestrah- lungssensor 9 ausgegebenen Wärmesensorsignal einen der Umgebungstemperatur T entsprechenden Temperaturwert ableitet und diesen bei der Ausgabe des Brandalarms mit berücksichtigt.
FIG 4 zeigt eine vierte Ausführungsform mit zwei Spiegelflä- chen Sl, S2 und mit zwei Streulichtanordnungen gemäss der Erfindung. In diesem Beispiel ist die Wandstärke der Melderhau¬ be 4 deutlich grösser als im Beispiel der vorhergehenden Figuren. Dadurch kann die Spiegelgeometrie insbesondere der zweiten Spiegelfläche S2 zusätzlich zur Vorgabe durch die Aussenkontur der Melderhaube 4 gezielt angepasst werden, um das von der gegenüberliegenden Leuchtdiode 52 ausgesandte Lichtbündel bzw. den Lichtkegel B gezielt in die Lichtfalle LF zu fokussieren. Die zweite Spiegelfläche S2 ist dabei in der Melderhaube 4 teilweise eingelassen bzw. ausgespart.
Im Beispiel der FIG 4 ergeben sich zwei Streulichtanordnungen mit zwei voneinander verschiedenen Streulichtwinkeln und mit zwei voneinander verschiedenen StreulichtZentren ZR, ZB.
Letztere können sich zumindest teilweise auch überschneiden. Durch geeignete Auswertung des jeweiligen empfangenen Lichts durch den Photosensor 6 ist auch hier eine brandtechnische Bewertung möglich. Beide Leuchtdioden 51, 52 können vom gleichen Typ sein, wie z.B. Infrarot-LEDs. Aus dem jeweiligen er- fassten gleichfarbigen Streulicht aus unterschiedlichen
Streulichtwinkeln ist eine Bestimmung des Rauchtyps möglich.
FIG 5 zeigt eine fünfte Ausführungsform mit einem Wärmestrah- lungssensor 9 zur Erfassung einer Umgebungstemperatur T und zur Detektion von offenem Feuer im Sinne eines Flammenmelders gemäss der Erfindung. Im Vergleich zur FIG 4 weist die Melderhaube 4 im zentralen Bereich MF, also im Bereich der Messoberfläche, gemäss der Erfindung ein nur für Wärmestrahlung im mittleren Infrarotbereich transparentes Gehäuseteil 11 auf. Dieses kann dergestalt sein, dass sich dieses optisch vom restlichen Meldergehäuse 2 nicht unterscheidet. Das Ge¬ häuseteil 11 formt zusätzlich noch eine optische Linse zur Aufweitung des optischen Erfassungsbereichs W aus. Die Steu- ereinheit 10 ist dazu eingerichtet, das vom Wärmestrahlungs¬ sensor 9 ausgegebene Wärmesensorsignal auf das Auftreten von signifikanten Fluktuationen oder Flackerfrequenzen für offenes Feuer und lodernder Glut im Sinne eines Flammenmelders hin zu überwachen und bei der Ausgabe des Brandalarms mit zu berücksichtigen. Zusätzlich kann die Steuereinheit 10 dazu eingerichtet sein, aus einem Gleichanteil des Wärmesensorsig¬ nals rechnerisch einen der Umgebungstemperatur T entsprechenden Temperaturwert abzuleiten und auch diesen gleichfalls bei der Ausgabe des Brandalarms mit zu berücksichtigen. Weiterhin sind alle gezeigten Bauelemente 5, 6, 10 auf einer der Abde¬ ckung 8 gegenüberliegenden Schaltungsträgerseite angeordnet. Für die Leuchtdiode 5 und für den Photosensor 6 sind entspre¬ chende Durchgangsöffnung DO im Schaltungsträger 7 vorhanden. FIG 6 zeigt schliesslich eine Draufsicht auf die Ausführungs¬ form nach FIG 5 entlang der dort eingezeichneten Blickrichtung VI. In dieser Ansicht sind vor allem die Lamellen LAM als Lichtabschirmelemente sowie die mittige Anordnung des Photosensors 6 und Wärmestrahlungssensors 9 erkennbar. Die FIG 6 zeigt auch die im Wesentlichen rotationssymmetrische
Gehäuseform des Streulichtrauchmelders 1. Gut erkennbar sind auch die grossflächigen lichtabsorbierenden Strukturen AB der Kunststoffabdeckung 8 auf dem Schaltungsträger 7. Bezugs zeichenliste
1 Brandmelder, Rauchmelder, Gefahrenmelder,
2 Meldergehäuse
3 Grundkörper
4 Melderhaube, Dom, Abdeckung, Kappe
5 Leuchtdiode, Lichtsender
6 Photosensor, Lichtempfänger
7 Schaltungsträger, Leiterplatte
8 Kunststoffabdeckung, Kunststoffplatte
9 Wärmestrahlungssensor, Thermopile, Bolometer
10 Steuereinheit, MikroController
11 zentrales Gehäuseteil
50 Zweifarben-LED
51, 52 Leuchtdioden, IR-LED, UV-LED
A optische Achse
AB Lichtabsorbierende Strukturen
AN Anschlusssseite
AS Aussenseite
B blauer Lichtkegel, blaues Lichtbündel
BL Blende
DO Durchgangsöffnung
E optischer Empfangsbereich
IR Innenraum
IS Innenseite
LAM Lamellen
LF Lichtfalle
MF Messoberfläche, Messfleck
OF Raucheintrittsöffnung
R roter Lichtkegel, rotes Lichtbündel
SA optische Achse, Symmetrieachse, Hauptachse S, Sl, S2 Spiegelfläche, Spiegel
SP Scheitelpunkt
T Temperatur, Umgebungstemperatur
W Wärmeerfassungsbereich, Field-of-View (FOV) Z, ZI, Z2 Streuzentrum, Schnittvolumen, Messvolumen
ZB blaues Streuzentrum
ZR rotes Streuzentrum

Claims

Patentansprüche
1. Streulichtrauchmelder mit einer mit der Umgebungsluft kommunizierenden optischen Messkammer, wobei die Messkammer im Inneren (IR) eines Meldergehäuses (2) aufgenommen und durch einen Grundkörper (3) und durch eine Melderhaube (4) des Mel¬ dergehäuses (2) begrenzt ist, wobei im Grundkörper (3) ein Schaltungsträger (7) aufgenommen ist, wobei auf dem Schaltungsträger (7) angrenzend zur optischen Messkammer eine Leuchtdiode (5) und ein Photosensor (6) in einer Streulicht¬ anordnung angeordnet sind, wobei die Leuchtdiode (5) und der Photosensor (6) jeweils eine zumindest nahezu orthogonal zum Schaltungsträger (7) verlaufende optische Achse (A) aufwei¬ sen, wobei die Leuchtdiode (5) und der Photosensor (6) einer die Messkammer begrenzenden Innenseite (IS) der Melderhaube (4) gegenüberliegen, wobei ein Teil der Innenseite (IS) zu¬ mindest eine Spiegelfläche (S) aufweist, welche der Leuchtdi¬ ode (5) gegenüberliegt, und wobei die Spiegelfläche (S) eine derartige Spiegelgeometrie aufweist, dass ein Lichtkegel (R, B) der Leuchtdiode (5) einen Empfangsbereich (E) des Photosensors (6) in einem ersten Streulichtvolumen (ZI, Z) innerhalb der Messkammer schneidet und dass der Lichtkegel (R, B) nach seiner Spiegelung faktisch berührungsfrei den Innenraum (IR) des Meldergehäuses (2) mit der Messkammer durchquert und in eine lichtabsorbierende Lichtfalle (LF) mündet.
2. Streulichtrauchmelder nach Anspruch 1, wobei ein Teil der Innenseite (IS) eine weitere Spiegelfläche (S2) aufweist, die dem Photosensor (6) gegenüberliegt und welche eine derartige Spiegelgeometrie aufweist, dass das erste Streulichtvolumen (ZI) um ein zweites Streulichtvolumen (Z2) erweiterbar ist.
3. Streulichtrauchmelder nach Anspruch 1 oder 2, wobei auf dem Schaltungsträger (7) eine Abdeckung (8) mit Ausnehmungen für die Leuchtdiode (5) und für den Photosensor (6) ange¬ bracht ist, und wobei die Abdeckung (8) insbesondere einstü¬ ckig ist und die zumindest eine Blende (BL) , Lichtfalle (LF) und/oder lichtabsorbierende Strukturen (AB) aufweist.
4. Streulichtrauchmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Innenseite (IS) der Meldehaube (4) bis auf die zu¬ mindest eine Spiegelfläche (S) lichtabsorbierende Strukturen (AB), insbesondere schwarz glänzende Riffelungen und/oder ei- ne lichtabsorbierende Farbschicht aufweist.
5. Streulichtrauchmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Meldergehäuse (2) mit der Melderhaube (4) eine im Wesentlichen rotationssymmetrische oder spiegelbildliche Aus- senkontur aufweist.
6. Streulichtrauchmelder nach Anspruch 5, wobei die Melderhaube (4) eine konvexe Aussenkontur und eine zumindest teil¬ weise konkave Innenkontur aufweist, und wobei die jeweilige Spiegelfläche (S) an der Innenseite (IS) der Melderhaube (4) eine der zumindest teilweise konkaven Innenkontur der Melderhaube (4) folgende Spiegelgeometrie aufweist.
7. Streulichtrauchmelder nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Photosensor (6) mittig im Meldergehäuse (2) angeordnet ist, sodass das im Innenraum (IR) des Meldergehäuses (2) gebildete Streulichtvolumen (Z) eine durch das Zentrum des Rauchmelders verlaufende konstruktive Hauptachse (SA) umschliesst.
8. Streulichtrauchmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei auf dem Schaltungsträger (7) zumindest eine weitere Leuchtdiode (52) mit einer zum Schaltungsträger (7) orthogonalen optischen Achse (A) angeordnet ist, wobei zumindest ei¬ ne der zumindest einen weiteren Leuchtdiode (52) angrenzend zur ersten Leuchtdiode (5, 51) angeordnet ist oder mit der ersten Leuchtdiode (5, 51) eine Zweifarben- oder Mehrfarben- Leuchtdiode (50) als einstückiges optoelektronisches Bauele¬ ment bildet, wobei die zumindest eine weitere Leuchtdiode (52) der Spiegelfläche (S) der ersten Leuchtdiode (5, 51) ge- genüberliegt , und wobei das von den jeweiligen Leuchtdioden (50, 51, 52) ausgesandte Licht eine voneinander verschiedene Wellenlänge aufweist.
9. Streulichtrauchmelder nach Anspruch 8, wobei die erste Leuchtdiode (51) eine rote oder Infrarot-Leuchtdiode und die zweite Leuchtdiode (52) eine blaue oder UV-Leuchtdiode ist, oder zu der Zweifarben-Leuchtdiode (50) zusammengefasst sind.
10. Streulichtrauchmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer elektronischen Steuereinheit (10), welche mit der jeweiligen Leuchtdiode (5, 51, 52) und dem Photosensor (6) verbunden ist, und wobei die Steuereinheit (10) einen Brandalarm ausgibt, falls ein der jeweiligen Leuchtdiode (5, 51, 52) zugeordnetes Sensorsignal einen Streulicht-Grenzwert oder einen kombinierten Streulicht-Grenzwert überschreitet.
11. Streulichtrauchmelder nach Anspruch 10, wobei im Melder- gehäuse (2) ein für Wärmestrahlung im mittleren Infrarotbereich empfindlicher, kontaktlos arbeitender Wärmestrahlungssensor (9) aufgenommen ist, wobei der Wärmestrahlungssensor (9) insbesondere eine Thermosäule oder ein Bolometer ist, wobei der Wärmestrahlungssensor (9) optisch auf einen zentra- len Bereich (MF) an der Innenseite (IS) der Melderhaube (4) zur Erfassung einer dortigen Gehäusetemperatur ausgerichtet ist, welche im Wesentlichen der Umgebungstemperatur (T) in der unmittelbaren Umgebung des Streulichtrauchmelders folgt, wobei die Steuereinheit (10) mit dem Wärmestrahlungssensor (9) verbunden ist und dazu eingerichtet, rechnerisch aus ei¬ nem vom Wärmestrahlungssensor (9) ausgegebenen Wärmesensorsignal einen der Umgebungstemperatur (T) entsprechenden Temperaturwert abzuleiten und diesen bei der Ausgabe des Brand¬ alarms mit zu berücksichtigen.
12. Streulichtrauchmelder nach Anspruch 10, wobei im Meldergehäuse (2) ein für Wärmestrahlung im mittleren Infrarotbereich empfindlicher, kontaktlos arbeitender Wärmestrahlungssensor (9) aufgenommen ist, wobei der Wärmestrahlungssensor (9) insbesondere eine Thermosäule, ein Bolometer oder eine Photodiode ist, wobei der Wärmestrahlungssensor (9) optisch auf einen zentralen Bereich (MF) an der Innenseite (IS) der Melderhaube (4) zur Erfassung einer dortigen Gehäusetempera- tur ausgerichtet ist, wobei die Melderhaube (4) ein zumindest den zentralen Bereich (MF) der Melderhaube (4) umfassendes Gehäuseteil (11) umfasst, welches nur für Wärmestrahlung im mittleren Infrarotbereich durchlässig ist, und wobei die Steuereinheit (10) mit dem Wärmestrahlungssensor (9) verbunden ist und dazu eingerichtet, ein vom Wärmestrahlungssensor (9) ausgegebenes Wärmesensorsignal auf das Auftreten von sig¬ nifikanten Fluktuationen oder Flackerfrequenzen für offenes Feuer und lodernder Glut hin zu überwachen und bei der Ausga- be des Brandalarms mit zu berücksichtigen.
13. Streulichtrauchmelder nach Anspruch 12, wobei die Steuereinheit (10) zusätzlich dazu eingerichtet ist, aus einem Gleichanteil des Wärmesensorsignals rechnerisch einen der Umgebungstemperatur (T) entsprechenden Temperaturwert abzuleiten und gleichfalls bei der Ausgabe des Brandalarms mit zu berücksichtigen .
14. Streulichtrauchmelder nach Anspruch 12 oder 13, wobei das nur für Wärmestrahlung durchlässige Gehäuseteil (11) eine optische Linse zur Aufweitung des optischen Erfassungsbe¬ reichs (W) des Wärmestrahlungssensors (9) ausformt.
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